网络冗余在HoneywellPKS系统中的应用_8

作者: admin 分类: 汽车 发布时间: 2019-07-04 10:29

摘要:我们公司年产30万吨醋酸项目控制系统采用是霍尼韦尔Experion PKS系统。在4年的使用维护过程中,发现了一些问题,随之我们成功的进行了两次较大规模的改造,尤其是在网络方面有了极大地提高,为我们整个系统的长周期稳定运行提供了保证,同时给公司带来了巨大的经济效益。


关键词: PKS 网络 冗余 系统


霍尼韦尔Experion PKS系统是一体化的混合控制系统,提供了最好的系统可用性(availability) 技术,本质上与PLC加PC软件组成的系统截然不同。 通过提供图形化的面向对象的组态工具和全套的过程控制算法库,Experion PKS使用户的控制工程化能力显著提高。Experion PKS融合了世界范围的控制技术和实践经验,并且支持所有本地语言和用户界面。能满足各种自动化应用要求。而且在硬件方面大量使用了可选的冗余容错技术,能够在线更换包括控制器在内的所有硬件,保证了系统安全运行。其软件方面支持单点下装和在线修改。能够满足客户的一切需求。Experion PKS通过提供高水平的性能、灵活性、易用性以及以使用寿命周期计的最低成本的一套系统,为混合型控制系统建立了新的标准。


我公司年产30万吨醋酸装置即采用霍尼韦尔的Experion PKS(过程知识控制系统)系统,该系统配备了两套冗余的控制器,下挂4个机笼45个可选冗余卡件,用一对服务器以及3台操作站与之通讯。该系统的应用满足了我们日常控制需求,产生了较好的经济以及社会效益。同时我们在应用的过程中我们也发现并改进了一些问题,使之在安全性方面有了更一步的提高。


在公司成立之初,该系统的网络配置为2台服务器,2对控制器,操作站共有3台,这样看来3台操作站在使用的时候能够构成冗余配置,可以满足化工生产的连续性的要求。但是实际上这3台计算机所承担的任务并不是完全一样的,每一台计算机都有不同工段的操作监控任务。如果其中的一台计算机网络出现问题,将会导致其大量数据不能及时地得到监控操作,其他的计算机如果操作不慎,很可能会导致意外事故的发生,同样如果是服务器或者交换机出现了问题,将会导致全部的计算机不能监控操作,也会发生更大的事故。这样的例子在我们系统运行得4年间发生过多次,为了更进一步的保证我们的系统安全,我们对现有的网络结构进行了优化调整。


为了说明问题,我们先画出了以前的网络结构图:《见图一》

其中控制器与控制器之间,控制器与服务器之间采用的同轴电缆相连,服务器以下采用的工业以太网相连。


从这个网络图中我们可以发现一些问题的存在,在服务器与控制器之间,控制器与控制器之间的网络是使用得双网络,即冗余网络,而在控制器与操作站之间使用得单网络,这样问题就暴露出来了,即网络太过于简单,一旦其中的一条网线出现问题,就是导致一台计算机的瘫痪,更严重的来说如果是交换机发生了问题,会导致所有的计算机瘫痪。以此单纯的计算机数量上的冗余不能解决这个问题。为了解决这个问题,我们采取了对每一台计算机再增加一个网卡,一条网线,使每一台计算机本身的网络就能构成冗余,这样就大大地降低了问题发生的机率。然后再增加一个网络交换机,使得每一台计算机通过这两台网络交换机根服务器连起来,这样即使一台服务器的网络出现了问题,我们可以设置网络切换到另一条网络上去,这样就不会影响操作站的正常工作。同样的我们把每一台操作站的网络都设置成自动切换,一旦一条网络出现了问题,就自动地切换到另一条上去,这样就不会影响数据的实时监控,从而大大提高了操作的安全性。
修改后的网络结构图为:

在其网络设置方面为了不发生冲突以及方便确认,可将两块网卡设为不同网段的IP地址,比如一块可以设为200.0.0.1,而另一块设为200.0.1.1。


由于服务器也添加了一块网卡,构成冗余,因此在系统中的hosts文件也需要修改,在hosts添加以下内容:
# First TCP/IP link of the primary
192.168.0.1 hsserva hsserva0
(其中的内容为A服务器a0网络的网络地址,以及名称)
# First TCP/IP link of the backup
192.168.0.2 hsservb hsservb0
(其中的内容为B服务器b0网络的网络地址,以及名称)
# Second TCP/IP link of the primary
192.168.1.1 hsserva1
(其中的内容为A服务器a1网络的网络地址,以及名称)
# Second TCP/IP link of the backup
192.168.1.2 hsservb1
(其中的内容为B服务器b1网络的网络地址,以及名称)


这些内容设置完以后,可以进行网络测试,即使用ping 命令,来测试各条网线是否连通.如果没有问题,就可以进行下一步的设置。


网络设置完毕以后还要对Honeywell PKS 系统的station 监控软件进行设置,以便于当一条网络出现问题以后,另一条网络可以自动的进行切换,而不至于使数据中断!


首先在station中的连接属性(connect propriety -default)中,建立4条连接,即在server中填入服务器的4条网络的名称。比如servera0 servera1 serverb0 serverb1,并分别起名为A0,A1,B0,B1。保存后点击高级(advanced),在出现的对话框中选中复选框(auxiliary setup file),然后在浏览中找到路径c:\ Program Files\Honeywell\Experion PKS\Client\Station分别找到刚才建立的A0,A1,B0,B1网络。在servera0时候选择A1 ,在servera1时选择B0,在serverb0时选择B1,在serverb1时选择A0,这样建立的目的就是当服务器A的a0网络出现的问题无法正常连接的时候,网络自动的连接服务器A的a1 网络,当a1 网络还是无法连通的时候,就自动地l连接B服务器的b0 网络,当b0网络还是无法接通,那么系统自动连接B服务器的b1 网络,这样循环连接,直到连通正常的网络,这样一来无论是哪个网络出现了问题,都可以自动地连接到正常的网络来保证系统的正常运行。


这次改造完成,我们的系统的确稳定了许多,以前经常出现的计算机网络中断的问题等小问题没有再出现过,给我们的稳定生产带来强有力的保障。但是在这个新系统中并不是一点缺陷都没有,从图二中我们可以发现所有的操作站的跟控制器的通讯都要经过服务器,也就是说我们的服务器跟操作站之间是主从的关系,一旦两个服务器都出现问题,那就意味着操作站跟控制器的通讯也完全中断了。虽然这种情况发生的可能性并不是很高,但是也不意味着永远不发生,我们就曾经有一次,A服务器发生了故障,我们在对其维修的时候,不慎将B服务器操作失误,导致死机。由于所有的操作站均无法根控制器通讯,从而导致整个系统的停车,可以说一次比较大的事故。跟我们公司带来了不少的经济损失。所有说一旦我们发现了问题的所在,只要能解决的我们一定要想办法将其解决。


现在我们解决问题的出发点就是服务器跟操作站之间的主从关系,从别的DCS厂家的产品,比如ABB的AB800F,我们发现它们的服务器(工程师站)跟操作站的关系是对等的,也就是平行的。我们现在也就是像办法能不能把我们所用的系统也能够使对等关系呢。恰巧,Honeywell公司推出了PKS的最新版本R310,即FTE(Fault Tolerant Ethernet)容错以太网。这个版本的最大好处就是出现了CONSOLE station 这种全新的操作站,它可以独立于服务器而单独工作,可以完全的解决我们上面提到的问题,而且这个版本在软件组态方面几乎没有改变,只是在软件安装方面以及硬件网络方面有所改进,因此实施起来也没有太大的问题。基于此我们又对系统进行来了第二次改造,改造后的FTE网络结构图如:图三

采用这种网络的好处是显而易见的,从图三我们可以看出它将以前用的CNI模块换成了FTE模块,即使用FTE网络代替了以前的Controlnet 网络,控制器通过FTE模块输出两条网线分别与交换机AB相连,然后再通过交换机与服务器操作站分别相连。在这个新的版本下操作站有两种类型,分别是以前的FLAG station 和CONSOLE station 其中我们把服务器和操作站1设置为FLAG station ,而操作站2和3设置为CONSOLE station 。如果在服务器正常工作的情况下操作站123都是先通过服务器再与控制器进行通讯,一旦两台服务器都放生了故障,那么CONSOLE station 操作站23就可以直接的与控制器进行通讯,而不需要通过服务器,可以说CONSOLE station 完全可以脱离服务器而单独工作,也就是达到了上面我们所说的操作站跟服务器是对等平行的关系,这样整个网络每一部分都构成了冗余配置,任何一点出现问题都不会导致数据的实时监控运行,也就不会再有导致停车的危险


硬件方面改造完成后,要对原有的软件系统进行重装,正常安装完软件以后,还要安装FTE组件,以及配置FTE网络,主要的就是针对TCP/IP协议进行配置,具体的步骤可以参考honeywell提供的FTE手册(Fault Tolerant Ethernet Installation and Service Guide)。


要注意的是同样的使用双网卡,但是在IP 地址的设置方面跟上面所讲述的完全不同,在FTE网络中两个网卡使用同一网段的地址,比如,服务器的两个IP地址可以设为200.0.0.1和200.0.0.2,其余的操作站以此类推。


在对前面提到的hosts文件进行添加修改的过程中,不仅要写入服务器的地址以及名称,还要将CONSOLE station操作站的IP地址和名称写入,而且这次不需要两个IP地址都写进去,只要写一个就可以。例如:
# The TCP/IP link of the primary
200.0.0.1 serverA serverA0
(其中的内容为A服务器A0网络的网络地址,以及名称)
# The TCP/IP link of the backup
200.0.0.3 serverB serverB0
(其中的内容为B服务器B0网络的网络地址,以及名称)
# The TCP/IP link of the first console station
200.0.0.5 Consolestation01
(其中的内容为第一台Consolestaion的网络地址,以及名称)
# The TCP/IP link of the second console station
(其中的内容为第二台Consolestaion的网络地址,以及名称)


在这些完全配置完毕以后,将原有的工程组态重新倒入就可以使用,为了保证这次改造的有效性,我们对新安装的CONSOLE station操作站进行了试验,我们将服务器的所有网线全部拔掉以后,那台原有的FLAG station 已经无法跟控制器进行通讯,也就无法使用。而新加的两台CONSOLE station 却扔可以与控制器进行通讯,所有的操作监控功能均可以使用。也就是说没有了服务器仍然可以独立工作。


第二次的改造可以说获得了极大的成功,在运行一年多的时间里从来没有因为网络原因导致的事故发生,以前经常发生地网络中断问题也没有再发生过。虽然改造花费了一定的费用,但是跟给我们带来的巨大的经济效益相比就不值一提了。

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